单片机温度报警系统，基于AT89S52单片机的温度语音播报系统设计

很多朋友对单片机温度报警系统，基于AT89S52单片机的温度语音播报系统设计不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

摘要：

温度是一个非常重要的物理量。现代生活中使用的电器、家具、设备，包括工业产品的要求日益提高，灵敏的温度控制和预警系统已经成为日常生活中必不可少的产品。鉴于此，设计了一种基于AT89S52单片机的温度语音播报系统。温度值可通过显控单元直观显示，其温度阈值可根据生活场景动态调整，并可录音、语音播报。

该系统抗干扰能力强，性价比高，扩展方便，可广泛应用于公共场所、大型仓库、工厂、智能建筑等领域的多点温度检测。

0引言随着物联网的快速发展和普及，人工智能更加为人们所熟悉，也深刻影响着人们的日常生活和生产方式。它不仅能提供方便的支持，还能提供良好的安全条件。温控技术早在20世纪就出现了，到今天已经基本成熟完善，从实验结果转化为实用仪器。

本文选用AT89S52单片机作为控制器，由温度传感器DS18B20、LCD 1602、稳压芯片AMS1117、功放芯片LM86、扬声器、驻极体等主要部件组成完整的温度语音播报系统[1]。单片机可以实时响应温度传感器输出的信号，并通过LCD同步显示。其温度阈值可根据应用场景动态调整，并配有语音录音和广播功能。

通过多次测试一天中不同时间的室内温度，验证其准确度、灵敏度和语音播报功能达到预期目标[2]。

1系统设计方案AT89S52单片机是一种8位微控制器，由于其低功耗和高性能，很受人们的欢迎。另外片内存储空间大，可以用于更复杂的编程设计，运行速度不会受到太大影响。制造上采用了Atmel公司的技术，与80C51系列产品有很好的兼容性。AT89S52单片机具有带电可擦可编程只读存储器和8位CPU，适用于大多数场合[3]。

因此，本文选用AT89S52作为控制器，温度传感器DS18B20、实时语音芯片ISD4004和按键模块都是外部设备的串行通信部件。系统结构如图1所示。2系统硬件设计2.1单片机最小系统

在本项目中，由单片机组成的系统具有许多I/O接口，可以嵌套多个微处理器，可以方便地构建各种需要的系统。它具有很强的可编程性，可以通过仿真软件进行模拟，保证方案的可行性。在系统设计的过程中，会用到单片机的定时器来实现延时功能，也有中断系统。其电路如图2所示。2.1.1复位电路设计

重启作为微控制系统的第一步，就是控制芯片的整个电路，初始化芯片中的电路，回到预定的初始状态。外部复位电路控制AT89S52的恢复。复位电路一般有——上电复位和手动复位两种，前者用得较多。

上电复位是一种相对简单的复位和重启电路。通常，在RST端口和高电位之间添加一个电容器，然后将一个电阻器接地。上电复位一般是指在闭合电源开关之前，向RST输入端发送一个短暂的高电平信号，然后当电源给电容充电时，这个复位信号会减小。因此，RST引脚的高级维护时间具体取决于电容的充电时间。一般情况下，RST输入端的高电平信号应保证足够的时间。

在手动复位时，需要在复位端口加载高电平。一般来说，按钮是添加到VCC终端和RST。按钮按下后，VCC和RST具有相同的电位，动作时间一般为几十毫秒，使系统在安全的环境下重新启动。系统的复位电路图如图3所示。

2.1.2时钟电路设计由于单片机各部分的执行都是基于时钟频率，而计数、延时等最常用的功能都是由时钟电路来实现的，所以时钟电路的精度决定了整个系统的稳定性和可靠性。时钟频率直接影响单片机的运行速度。通用时钟电路设计有——外部时钟和内部时钟两种，电路如图4所示。2.2系统外围电路设计

AT89S52包含32个I/O端口、4k闪存、128位RAM、40个引脚、5个中断、2个16字节可编程定时计数器、2个全双工串行通信端口、WDT电路和片内时钟振荡器。AT89S52的I/O端口分配如表1所示。

在设计中，AT89S52的P0.0~P0.7与LCD的D0 ~ D7相连，实时显示温度。P1.4~P1.7接语音芯片ISD4004的MISO、MOSI、SS、SCLK；P1.0接DS18B20的第二引脚，实现单片机与传感器的双向通信；扬声器模块的输入与ISD4004的ANDOUT相连。2.3电源电路设计

干电池电池容量有限，持续时间短，成本高。随着外设的增加和时间的推移，电池电压不断下降，无法保证系统的正常运行。因此，本系统采用独立的DC5 V电源。外部电源连接到系统的5 V DC端口，通过自锁开关为整个系统供电。此外，稳压电路由稳压芯片AMS1117组成，可以为语音芯片ISD4004将5 V电压变为3.3 V，保证整个系统的稳定运行。

电源稳压电路如图5所示，其中C4是一个极性电容，可以稳压；C6是一种无极性电容，可以滤波，属于低通滤波器，保留了DC分量。

2.4温度采集模块DS18B20的设计是DallasSemiconductor支持的第一款具有“一线总线”接口的温度传感器，测量精度高达0.5，能适应复杂恶劣的环境，可直接将温度转换成串行数字量供微处理器处理[4]。DS18B20采用单线总线，数据线可以直接供电，不需要使用任何外围设备，减少了外围设备的使用[5]。因此，系统选择DS18B20作为温度采集器，测温电路图如图6所示。

作为温度传感器中的关键元件，DQ引脚的主要功能如表2所示。2.5LCD显示模块设计本文选用LCD1602作为显示单元。LCD1602的工作原理是基于LCD本身的特性，通过改变显示区域的电压来控制显示器的工作。LCD1602有16个引脚。其与单片机的应用连接电路图如图7所示，LCD的基本操作顺序如表3所示。2.6语音广播电路设计

ISD400系列适用于手机和其他便携式电子设备，工作电压3 V，能够录音816 min，音质较好，具备CMOS技术，内部还包含振荡器、平滑滤波器、音频放大器等。在进行芯片设计时需要考虑到所有的控制要求，并且能够用串行通信接口输入。

在模拟的体积存储技术中，每个样本直接存储在闪存中，因此可以非常自然地再现，很大程度上减少了一般的固体录音电路产生的“金属声”和量化噪声[6]。音频输入电路如图8所示，语音电路如图9所示。

3 系统的软件设计

C语言单片机的编程设计，大多数人选择使用Keil，在Keil中不论是选择C语言编程还是汇编都非常方便。本文选用Keil uVision5进行软件设计，Keil uVision5可以很好地兼容之前的版本，并加大对Cortex系列的开发力度，不论是界面还是开发环境都进行了升级优化。

3.1

系统主程序设计

程序在开始执行时首先要对主程序进行初始化，如温度检测程序、I/O口的初始化等。初始化结束后，执行温度测量的相关程序，实时测量当前的温度值。将测得值与设定值进行比较，判断此温度是否超过了阈值[7]，如果超过温度上限或下限，则调用报警子程序并进行语音提示。主程序流程图如图10所示。

3.2

测温子程序设计

该系统能够正常工作的充分条件是能够精准地测量温度。若温度采集缺乏准确性，则即使后面单片机对信号处理得再好或者显示电路、语音播报报警都能够正常准确工作，实际结果还是达不到要求，整个系统不能准确进行温度测量及语音播报[8]。因此，DS18B20能否正常工作关系到整个系统能否正常运行。

DS18B20在通信时发送和接收信号是分开进行的，具备明确定义，其基本规则为：初始化DS18B20（发复位脉冲）发出命令对数据进行初步处理。其程序流程如图11所示。

4 系统仿真及其结果分析

系统各项功能仿真方法及结果如表4所示。

利用Proteus进行的系统仿真如图12所示，显示屏可以实时显示当前温度，通过按键可以实现语音播报功能的切换和温度上下限的调节，系统温度上限调节仿真图如图13所示，系统录音选择仿真图如图14所示。

5 结语

本项目基于Proteus和单片机AT89S52完成了温度语音播报系统的设计及研发工作，不仅实现了温度实时监测，而且可自由录制提示语音、灵活部署，适用于公共场所、仓储库房、客厅、智能化建筑等领域的多点温度检测。整个系统采用模块化设计，结构简单，调试结果表明系统符合预期目标，可有效保障人们的日常生活安全。

审核刘清

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